PXI Express将PXI平台推向新应用领域(图)

PXI (PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)平台基于成熟的PCI总线技术,随着PCI发展到PCI-Express，PCI Express技术也被引入到PXI的标准中，2005年,PXISA官方组织推出了PXI Express的软硬件标准，通过在背板使用PCI Express技术，PXI Express能够将带宽整整提高45倍，从原来PXI的132MB/s提高到6GB/s。除了PXI现有的定时和同步功能，PXI Express还提供了附加的定时和触发总线，包括100MHz差分系统时钟、差分信号，以及差分星形触发等(见图1)。通过使用差分时钟和触发，PXI Express系统增加了对仪器时钟的抗噪声能力，并能传输更高频率的时钟信号。

图1 在PXI平台现有功能的基础上，PXI Express提供了附加的定时和同步功能，实现了更高精度的测量

除了上面性能上的提升，PXI Express同时还保持了和原来PXI软硬件上完全的兼容性。PCI Express的软件兼容性使得PXI提供的标准软件框架同样适用于PXI Express。为了保证硬件的兼容性，PXI Express标准中定义了一种混合插槽，使得工程师能够在同一个插槽中安装PXI或者PXI Express的模块。这些硬件和软件上的兼容性，最大程度地保留了用户在PXI系统和产品上现有的投资。

带宽的提升、附加的定时及同步功能，以及与PXI软硬件上完全的兼容性，这些性能的提升，使得PXI Express能够进入到更多以往被专用仪器所统制的一些应用领域。PXI Express标准的拓展,使得PXI平台进入到更多全新的应用领域。

图2 基于PXI的数据流盘架构

视频测试应用

PXI Express标准可以更好地保证机箱中的每一块板卡都享有最小带宽保障。例如，采用PXI标准，一个视频卡很容易占用全部132MB的可用带宽，使机箱中的其他板卡无法使用，而在PXI Express系统中，这种情况就不太可能发生。随着符合PXI Express标准的设备越来越多,PXI/PXI Express平台会更适合视频测试应用。比如,NI推出的PXIe-1065 18槽机箱能提供高达1GB/s每插槽的专用带宽，并具有PXI和PXI Express的混合插槽，可以应用于通信情报、光谱测量、半导体芯片特性测量以及视频测试应用等。

数据的实时流盘应用

数据流盘就是将采集的原始数据存储，以便日后分析、调试以及存储,这在一些高速测量中应用非常多,比如,视频测试、多通道数据采集系统、RF/IF信号的记录与回放、数字协议测试、连续的波形发生、碰撞测试等都是典型需要数据流盘的应用。在PXI Express出现之前,这些测量一般通过传统的昂贵的台式仪器来完成。传统的台式仪器虽然具有非常高的采样率和带宽，但由于板载内存容量的限制，其连续采集的时间和波形存储的容量有限，通过GPIB(或者以太网、USB)传回控制PC的往往也只是分析的结果，如果要传递原始的测量数据将耗费大量的测试时间(GPIB的带宽约为1MB/s)。因此,用户要想拿到原始的数据,进行自定义的分析,必须付出昂贵的代价和时间成本。

如今，借助于PXI/PXI Express的高带宽，用户可以轻松的采集大量的原始数据、通过总线传输回控制器并实时地存储在硬盘上，用于后续自定义的分析和数据备份。

美国国家仪器有限公司(National Instruments，简称NI)在去年推出了一系列基于PXI Express规范的PXI设备，可以实现高达600MB/s的持续磁盘记录和回放速度。这批PXI设备包括模块化仪器、嵌入式控制器和RAID磁盘阵列，提供高达600MB/s的持续磁盘记录和回放速度（如图3所示）。通过数据流盘功能，工程师可以获得更高的持续信号采集和生成速率，缩短测试时间。与之前昂贵的采用专用系统的数据流盘应用相比，基于PXI的数据流盘可以大大节省成本。

图3 能够以600MB/s速率持续数据流盘的PXI设备

多通道的高速采集应用

工业及军工中有许多情况需要构建大型的测试系统，比如，大桥的健康状态监测、空间卫星测试、风洞测试等，这些系统的共同特点是：需采集多个数据，且对采集速率和性能要求高；通道间需要同步、定时。可见，PXI/PXI Express在这些领域具有绝对的优势：首先，模块化基于PC的架构可以提供灵活的扩展功能，用于扩展通道数；其次，PXI/PXI Express背板提供了高达6GB/s的带宽，足以满足高速数据传输的需求；而且，由于PXI Express协议采用的是100MHz差分信号而不是PXI标准的10MHz单端信号，这将提高机箱中板与板之间的信号传递速度，使得基于PXI Express的仪器触发水平达到皮秒级，而且可以极大地改善同步功能，从而实现更高精度的测量（如图4所示）；最重要的一点是，市场上有丰富多样的高性能模块化仪器可供选择，这给了用户构建自己测试系统更多的选择。

图4 基于PXI架构的多通道数据采集系统，任意机箱两个通道间的同步精度<1ns

RF测试应用

PXI向PXI Express的拓展,大大提高数据传输带宽,使PXI平台的应用从中、低频段的高精度测量向高频乃至RF发展。今天，射频的应用已十分普遍，未来无线装置要支持各种空中接口和调制格式，要求测试设备必须具有高度的灵活性、可扩展性以及强大的处理能力，而基于PXI/PXI Express的各种射频测试模块再配合相应软件，就可搭建成适应不同测试要求的灵活的射频测试平台。比如，利用NI 5640R IF RIO可重配置中频处理模块配合NI PXI-5671信号发生器以及NI PXI-5660矢量信号分析仪，即可构建功能强大、多标准、可扩展的软件无线电平台,该平台拥有双通道14位精度100MHz高速A/D模拟信号输入通道、双通道14位精度200MHz的D/A模拟信号输出通道，并含有数字下变频及数字上变频模块，能够完成高速模拟信号的采集和处理，主要应用于性能要求较高的雷达、视频、软件无线电、通信系统的信号处理等。随着符合PXI Express标准的设备越来越多,基于PXI/PXI Express平台的RF测试应用也会越来越多。

总结

PXI Express基于PCI Express总线,随着PCI Express标准从Gen1、Gen2向Gen3发展，以及Intel等众多厂商的不断投资,PXI Express设备的性能也必将因此获益而得到不断提升,再加上PXI联盟成员的大力研发投入和市场推广，这将促进PXI/PXI Express平台向更多新应用领域扩展。正如NI公司研发部高级副总裁Tim Dehne所言,PXI Express标准将支持高性能仪表、RF测试、机器视觉、监视系统以及我们还没想到的更多市场应用。